Межатомные силы. Первичные процессы.

       Характер повреждений кристаллической решетки материала под действием излучения зависит и от структуры решетки и от сил, действующих между атомами.

       Существует 4 основных класса сил в твердом теле:

1. Металлические силы связи (обеспечиваются обобществленными внешними электронами).

2. Ионные силы NaCl, MgO (внешние электроны забираются у одного атома и перемещаются к другому).

3. Ковалентные силы (C, Ge, Si электроны примерно одинаково распределены между соседями атомами).

4. Молекулярные силы (Ван-дер-Ваальса) – дисперсионные поляризационные силы, возникающие между молекулами благородных газов (Аr,Kr) при глубоком охлаждении.

Кристаллическая решетка любого материала способна воспринять лишь ограниченное количество энергии излучения, не будучи при этом разрушенной. Энергия излучения, передаваемая первоначально одному из атомов микрообъема (элементарной ячейки), перераспределяется по степеням свободы всех атомов этой ячейки. Вносимая энергия приводит к увеличению амплитуды колебания атомов. При увеличении амплитуды на 7% решетка теряет свою жесткость и плавится. Изменение в колебаниях атомах приводят к изменению фононного спектра кристаллической решетки. Фононный спектр – распределение плотности частот нормальных колебаний в зависимости от их энергий. Исторически рассматривались три типа спектров Эйнштейна (а) , Дебая(б), Борна-Кармана(в) :

       Акустические колебания обусловлены движением элементарной ячейки как единого целого, а оптические колебания – движением атомов ячейки друг относительно друга, таким образом поступление в кристаллическую решетку энергии извне приводят с одной стороны к увеличению внешнего объема тела, а с другой стороны – к разрыву межатомных связей внутри элементарной ячейки.

       Если направить моноэнергетический пучок тепловых нейтронов на кристалл, а затем изучить их распределение по углам и энергиям, то можно получить фононный спектр.

Первичный процесс

 

Если бомбардирующие частицы имеют достаточно большую энергию, то они могут вызвать целый каскад смещенных из положения равновесия атомов. Каскадный процесс -это взаимодействие между излучением и твердым телом, ведущее к множественному выбиванию атомов из их мест в решетке. Если атом отдачи имеет достаточно большую энергию, то образуется несколько пар дефектов (междоузельный атом и вакансия). Энергия первичного атома отдачи(ПВА) распределяется по каскаду атомных столкновений, выбивающих вторичные атомы из их положения равновесия.       

       Главной целью расчетов радиационных повреждений материалов является определение каскадной функции g (Е₂), которая дает среднее количество смещенных атомов, образованных атомом отдачи.

       Важна также оценка пространственного распределения дефектов в материале. Расчет каскадных процессов проводится при следующих исходных предположений:

а) атомы ведут себя как твердые сферы;

б) все соударения упругие (на возбуждение нуклонов энергия не тратится);

в) каскад представляет собой последовательность соударений двух тел;

г) эти соударения не зависят друг от друга и какие либо пространственные корреляции, вытекающие из периодичности кристаллической структуры, не учитываются.

д) предполагается, что когда атом с энергией Е после взаимодействия отскакивает с образованием атома отдачи Е₂, то кристаллической решетке энергия не передается, т.е. Е=Е₁+Е₂.

е) атом, покоившийся до столкновения и получивший энергию Е<E_d (отдачи) не смещается.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: